明之季世，江河日下。政治上，皇帝昏庸，不理朝政，致使内治不修，群小植党营私，纷争不止；军事上，边备废弛，战事连年，致使民穷国匮，军饷无着；经济上，贪财溺货，盘剥勒索，致使土地兼并严重，民怨沸腾；用人上，重用宦官，排斥忠良，致使国将不国，亿兆离心。早在万历四十四年（1616年），礼科给事中亓诗教（亓，qí）就曾上疏言时事，他以汉、唐、宋三代为鉴，极论天下之乱即将开始。他说：今日之边饷，取之愈穷愈急，用则愈滥愈空，以十室九空之民半养有名无实之军，半饱有去无来之敌，此颇似于唐代末年。河北、山东等处，生灵涂炭，盗贼四起，水旱蝗灾频繁，此则颇类于宋末。皇上至今不理朝政，不讲圣学，不祭天地祖宗，皇太子长期不出阁讲学，部院大臣久缺不补，诸臣无心用事，天人交变，“臣恐今日为治之终，乱之始也”。亓诗教并不是危言耸听，但皇帝老子就是听不进去。
明朝九边重镇共有驻军86万多人，庞大的军费开支历来是明朝廷的一项沉重负担。到了明朝末年，由于国力衰竭，国库空虚，长期拖欠军饷的问题非常尖锐突出，仅延绥、宁夏、固原三镇被拖欠的饷银就达3年。加之各级将官俱以空名冒支军饷以及对下级饷银的种种克扣和对士兵的残酷奴役，致使守边士兵不堪忍受。另外，宁夏地处明朝西北边防要冲，鞑靼不断南下攻扰，在给当地人民群众带来灾难的同时，也加重了官军的防御负担。明朝后期，东北女真族首领建立的后金（即后来的清朝）日益强大，严重威胁到明王朝的统治，使危机四伏的朱明王朝处于风雨飘摇之中。朝廷为了对付步步进逼的后金，抽调宁夏和固原等镇的军队，到华北地区加强防御力量，给两地军民带来了沉重负担。
万历末年至天启、崇祯两朝，北方连年发生天灾。特别是天启末年，陕北全年无雨，草木焦枯，百姓争食山间蓬草；蓬草吃光了，就吃草根树皮；草根树皮也吃光了，只好挖掘山中的一种土石充饥。到处是被饿死的人，已经出现了人吃人的现象。灾荒如此严重，而地方官吏却不顾人民死活，只知苛剥百姓，催逼钱粮，结果激起民变。
天启七年（1627年）三月，陕西澄城县知县张斗耀在催逼钱粮时，被怒不可遏的百姓杀死。崇祯元年（1628年）十一月十七日，白水县民王二首举义旗，聚众攻打邻境的韩城、蒲城等县。接着，府谷的王嘉胤、宜川的王佐挂、安塞的高迎祥、汉南的王大梁，也先后聚众响应。由此揭开了明末农民大起义的序幕。
这一年的十二月二十四日，饱受欠饷之苦的固原镇士兵，在陕北王二领导的农民起义的影响下，发动兵变，一起造反。他们劫取了固原州库的粮饷，杀死副将、千总等数名军官，成为明末宁夏地区首举义旗的边兵起义军。
起义军一时声势大振，对被调往华北“勤王”的固原、宁夏两镇士兵也产生了直接的影响。甘肃巡抚胡廷宴和延绥巡抚岳和声看到起义军气势正盛，不敢派兵镇压，只能互相推诿观望。随后，固原起义士兵在周大旺的率领下，东出关中作战。第二年正月，固原起义边兵转攻泾阳、富平、三原等地，俘获官军游击将军李英。四月，进攻耀州（今陕西耀县）。陕西督粮道参政洪承畴率官军和乡勇万余人，分12营在云阳（今陕西淳化西北）围攻固原起义军。由于敌众我寡，形势对起义军不利。天黑以后，忽然雷雨大作，起义军乘机突围，奔向淳化，加入了陕北农民起义军。闰四月，陕北起义军王二、王大梁等部失败，固原起义军首领周大旺等被杀。但继续参加造反起义的边兵、百姓更多。十一月，后金兵攻占直隶遵化，甘肃、宁夏、固原、陕西的“勤王”兵溃散逃回，纷纷参加起义军，继续与官军对抗。
固原兵变持续时间较短，只数月时间就被明军分化击溃。整个兵变过程史料记载简略，但兵变本身的作用及其影响是大的。首先，固原镇在当时是西北边防总指挥部所在地，又同陕北延、绥相邻，而明末农民起义又源于陕北，在地域上有互相连带关系。所以固原兵变在客观上打乱了明军的战略布防，特别是兵变之后，起义军反攻泾阳、富平、三原等地，对陕北已经起义的农民军和正在酝酿的起义者无疑是一种支援和有力的鼓动。明末农民起义军之所以能声东击西，并很快发展壮大起来，是与固原兵变有直接关系的。其次，固原兵变虽然时间较短，但在兵变过程中有相当一部分边兵加入农民起义军行列。这些边兵大都比较精干，且素质较好，他们都受过军事训练，有一定的作战经验，对提高起义军的作战能力起了一定的作用。大量资料表明，边兵（包括固原兵变士兵）是明末农民起义初期的中坚力量，这一点是不可忽视的。
